Визначення впливу витримки в розчинах KOH при різних температурах на властивості електрохромних плівок Ni(OH)2-ПВС

Автор(и)

  • Валерій Анатолійович Коток Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-8879-7189
  • Вадим Леонідович Коваленко Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-8012-6732
  • Ровіл Касимович Нафєєв Державний університет телекомунікацій, Україна https://orcid.org/0000-0003-2721-9718
  • Владимир Валентинович Вербицький Національний педагогічний університет імені М. П. Драгоманова, Україна https://orcid.org/0000-0001-7045-8293
  • Олена Олександрівна Ломинога Український державний хіміко-технологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-2911-5085
  • Олена Сергіївна Мельник Сумський національний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-5763-0431
  • Сергій Федорович Власов Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-5537-6342
  • Ірина Леонідівна Плаксієнко Полтавська державна аграрна академія, Україна https://orcid.org/0000-0002-1002-4984
  • Лариса Анатоліївна Колєснікова Полтавська державна аграрна академія, Україна https://orcid.org/0000-0001-8394-7715
  • Володимир Миколайович Калиниченко Полтавська державна аграрна академія, Україна https://orcid.org/0000-0002-6901-0392

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239151

Ключові слова:

електрохромізм, електроосадження, гідроксид нікелю, температура, калію гідроксид, рекристалізація, старіння, деградація

Анотація

Для визначення впливу на електрохромні та електрохімічні характеристики витримки при високій температурі в лужному розчині плівкових композитних електродів на основі Ni(OH)2-полівініловий спирт була отримана серія плівок. Плівки отримували на скляній підкладці, що була покрита оксидом олова, допованого фтором. Покриття основ проводилося катодним темплатним способом при однакових умовах. Отримані осади обробляли, витримуючи їх протягом 8 годин в розчині лугу при різних температурах: 30, 40, 50, 60 і 70 °С, тим самим імітуючи умови роботи електрохромного пристрою у жаркому кліматі.

Було з'ясовано, що температура витримки безпосередньо впливає на електрохімічні та електрохромні властивості оброблених плівок. При цьому циклічні вольтамперні криві показували зменшення величин піків густини струмів і меншу швидкість встановлення характеристик зі збільшенням температури обробки. При максимальній температурі обробки в 70 °С плівка значно змінювала свої властивості в бік погіршення.

За результатами експериментів було виділено три температурних діапазони обробки. Перший лежить в інтервалі до 40 °С, в якому після обробки плівки демонстрували значну електрохромну і електрохімічну активність. Другий інтервал між 40 і 60 °С, після обробки в якому покриття показували оборотне погіршення електрохромної та електрохімічної активності. Після обробки в цьому інтервалі плівки поступово відновлювали свою працездатність при електрохімічному циклюванні. Третій інтервал починаючи від 70 °С і вище. Оброблені плівки в цьому інтервалі температур необоротно втрачали електрохімічну і електрохромну активність.

У дослідженні також запропоновані механізми, які пояснюють зміни характеристик електродів при обробці, а також можливі шляхи боротьби з температурною деградацією

Біографії авторів

Валерій Анатолійович Коток, Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра процесів і апаратів, та загальної хімічної технології

Старший науковий співробітник

Центр компетенцій «Екологічні технології та системи»

Вадим Леонідович Коваленко, Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра аналітичної хімії та хімічної технології харчових добавок і косметичних засобів

Старший науковий співробітник

Центр компетенцій «Екологічні технології та системи»

Ровіл Касимович Нафєєв, Державний університет телекомунікацій

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра фізики

Владимир Валентинович Вербицький, Національний педагогічний університет імені М. П. Драгоманова

Доктор педагогічних наук, професор

Кафедра медичних, біологічних та валеологічних основ захисту життя та здоров’я

Олена Олександрівна Ломинога, Український державний хіміко-технологічний університет

Викладач

Кафедра фармації та технології органічних речовин

Олена Сергіївна Мельник, Сумський національний аграрний університет

Кандидат технічних наук, доцент, старший науковий співробітник

Науково-дослідна частина

Сергій Федорович Власов, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра гірничої інженерії та освіти

Ірина Леонідівна Плаксієнко, Полтавська державна аграрна академія

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра екології, збалансованого природокористування та захисту довкілля

Лариса Анатоліївна Колєснікова, Полтавська державна аграрна академія

Кандидат сільськогосподарських наук, доцент

Кафедра екології, збалансованого природокористування та захисту довкілля

Володимир Миколайович Калиниченко, Полтавська державна аграрна академія

Кандидат сільськогосподарських наук

Кафедра екології, збалансованого природокористування та захисту довкілля

Посилання

  1. McGlade, C., Ekins, P. (2015). The geographical distribution of fossil fuels unused when limiting global warming to 2 °C. Nature, 517 (7533), 187–190. doi: https://doi.org/10.1038/nature14016
  2. Cannavale, A., Ayr, U., Fiorito, F., Martellotta, F. (2020). Smart Electrochromic Windows to Enhance Building Energy Efficiency and Visual Comfort. Energies, 13 (6), 1449. doi: https://doi.org/10.3390/en13061449
  3. Smart Windows: Energy Efficiency with a View. Available at: https://www.nrel.gov/news/features/2010/1555.html
  4. Liu, S., Zhang, D., Peng, H., Jiang, Y., Gao, X., Zhou, G. et. al. (2021). High-efficient smart windows enabled by self-forming fractal networks and electrophoresis of core-shell TiO2@SiO2 particles. Energy and Buildings, 232, 110657. doi: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.110657
  5. Shin, Y., Wang, Q., Qin, G., Yang, D.-K. (2020). P‐82: Color Flexible Waveguide Display using Polymer Stabilized Liquid Crystal. SID Symposium Digest of Technical Papers, 51 (1), 1664–1667. doi: https://doi.org/10.1002/sdtp.14215
  6. Purushothaman, K. K., Muralidharan, G., Vijayakumar, S. (2021). Sol-Gel coated WO3 thin films based complementary electrochromic smart windows. Materials Letters, 296, 129881. doi: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.129881
  7. Park, S.-I., Quan, Y.-J., Kim, S.-H., Kim, H., Kim, S., Chun, D.-M. et. al. (2016). A review on fabrication processes for electrochromic devices. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, 3 (4), 397–421. doi: https://doi.org/10.1007/s40684-016-0049-8
  8. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L., Kovalenko, P. V., Solovov, V. A., Deabate, S., Mehdi, A. et. al. (2017). Advanced electrochromic Ni(OH)2/PVA films formed by electrochemical template synthesis. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 12 (13), 3962–3977. Available at: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2017/jeas_0717_6156.pdf
  9. Kotok, V. A., Malyshev, V. V., Solovov, V. A., Kovalenko, V. L. (2017). Soft Electrochemical Etching of FTO-Coated Glass for Use in Ni(OH)2-Based Electrochromic Devices. ECS Journal of Solid State Science and Technology, 6 (12), P772–P777. doi: https://doi.org/10.1149/2.0071712jss
  10. Kotok, V., Kovalenko, V. (2021). A study of the possibility of conducting selective laser processing of thin composite electrochromic Ni(OH)2-PVA films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (12 (109)), 6–15. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225355
  11. Lampert, C. M., Agrawal, A., Baertlien, C., Nagai, J. (1999). Durability evaluation of electrochromic devices – an industry perspective. Solar Energy Materials and Solar Cells, 56 (3-4), 449–463. doi: https://doi.org/10.1016/s0927-0248(98)00185-8
  12. Matthews, J. P., Bell, J. M., Skryabin, I. L. (1999). Effect of temperature on electrochromic device switching voltages. Electrochimica Acta, 44 (18), 3245–3250. doi: https://doi.org/10.1016/s0013-4686(99)00043-2
  13. Kotok, V., Kovalenko, V., Anataichuk, I., Mochalov, A., Makarchenko, N., Nafeev, R., Verbitskiy, V. (2020). Effect of variable temperature loads on characteristics of electrochrome composite Ni (OH)2-PVA films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (108)), 6–14. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.220302
  14. Kotok, V., Kovalenko, V. (2020). A study of the increased temperature influence on the electrochromic and electrochemical characteristics of Ni(OH)2-PVA composite films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (105)), 6–12. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205352
  15. Purushothaman, K. K., Muralidharan, G. (2009). The effect of annealing temperature on the electrochromic properties of nanostructured NiO films. Solar Energy Materials and Solar Cells, 93 (8), 1195–1201. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2008.12.029
  16. Da Rocha, M., He, Y., Diao, X., Rougier, A. (2018). Influence of cycling temperature on the electrochromic properties of WO3//NiO devices built with various thicknesses. Solar Energy Materials and Solar Cells, 177, 57–65. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.05.070
  17. Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Sykchin, A. A., Mudryi, I. A., Ananchenko, B. A., Burkov, A. A. et. al. (2016). Nickel hydroxide obtained by high-temperature two-step synthesis as an effective material for supercapacitor applications. Journal of Solid State Electrochemistry, 21 (3), 683–691. doi: https://doi.org/10.1007/s10008-016-3405-2
  18. He, X., Ren, J., Li, W., Jiang, C., Wan, C. (2006). Ca3(PO4)2 coating of spherical Ni(OH)2 cathode materials for Ni–MH batteries at elevated temperature. Electrochimica Acta, 51 (21), 4533–4536. doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2006.01.009
  19. Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). Definition of the aging process parameters for nickel hydroxide in the alkaline medium. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (12 (92)), 54–60. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.127764
  20. Bernard, M. C., Cortes, R., Keddam, M., Takenouti, H., Bernard, P., Senyarich, S. (1996). Structural defects and electrochemical reactivity of β-Ni(OH)2. Journal of Power Sources, 63 (2), 247–254. doi: https://doi.org/10.1016/s0378-7753(96)02482-2
  21. Tessier, C., Haumesser, P., Bernard, P., Delmas, C. (1999). The Structure of Ni(OH)2: From the Ideal Material to the Electrochemically Active One. Journal of The Electrochemical Society, 146 (6), 2059–2067.
  22. Ash, B., Nalajala, V. S., Popuri, A. K., Subbaiah, T., Minakshi, M. (2020). Perspectives on Nickel Hydroxide Electrodes Suitable for Rechargeable Batteries: Electrolytic vs. Chemical Synthesis Routes. Nanomaterials, 10 (9), 1878. doi: https://doi.org/10.3390/nano10091878
  23. Hall, D. S., Lockwood, D. J., Bock, C., MacDougall, B. R. (2015). Nickel hydroxides and related materials: a review of their structures, synthesis and properties. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 471 (2174), 20140792. doi: https://doi.org/10.1098/rspa.2014.0792
  24. Jayashree, R. S., Kamath, P. V. (1999). Factors governing the electrochemical synthesis of α-nickel (II) hydroxide. Journal of Applied Electrochemistry, 29, 449–454. doi: https://doi.org/10.1023/A:1003493711239
  25. Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Sykchin, A., Ananchenko, B. A., Chernyad’ev, A. V., Burkov, A. A. et. al. (2020). Al3+ Additive in the Nickel Hydroxide Obtained by High-Temperature Two-Step Synthesis: Activator or Poisoner for Chemical Power Source Application? Journal of The Electrochemical Society, 167 (10), 100530. doi: https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab9a2a
  26. Tan, Y., Srinivasan, S., Choi, K.-S. (2005). Electrochemical Deposition of Mesoporous Nickel Hydroxide Films from Dilute Surfactant Solutions. Journal of the American Chemical Society, 127 (10), 3596–3604. doi: https://doi.org/10.1021/ja0434329
  27. Lorenzen, A. L., Rossi, T. S., Vidotti, M. (2016). Synthesis of Ni(OH)2 in micellar environment: structural, spectroscopic, and electrochemical studies. Journal of Solid State Electrochemistry, 20 (9), 2525–2531. doi: https://doi.org/10.1007/s10008-015-3115-1
  28. Cheng, X., Zhang, D., Liu, X., Cao, D., Wang, G. (2014). Influence of CTAB on morphology, structure, and supercapacitance of β-Ni(OH)2. Ionics, 21 (2), 533–540. doi: https://doi.org/10.1007/s11581-014-1205-1
  29. Kolesnikov, A. V., Kuznetsov, V. V., Kolesnikov, V. A., Kapustin, Y. I. (2015). The role of surfactants in the electroflotation extraction of copper, nickel, and zinc hydroxides and phosphates. Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 49 (1), 1–9. doi: https://doi.org/10.1134/s0040579515010042
  30. Lominoga, E. A., Burmistrov, K. S., Gevod, V. S. (2014). Synthesis and properties of synthanol ALM-10 acylated by phthalic anhydride. Voprosy himii i himicheskoy tekhnologii, 3, 52–55.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-08-31

Як цитувати

Коток, В. А., Коваленко, В. Л., Нафєєв, Р. К., Вербицький, В. В., Ломинога, О. О., Мельник, О. С., Власов, С. Ф., Плаксієнко, І. Л., Колєснікова, Л. А., & Калиниченко, В. М. (2021). Визначення впливу витримки в розчинах KOH при різних температурах на властивості електрохромних плівок Ni(OH)2-ПВС. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(6(112), 60–66. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239151

Номер

Том 4 № 6(112) (2021): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Valerii Kotok, Vadym Kovalenko, Rovil Nafeev, Volodymyr Verbitskiy, Elena Lominoga, Olena Melnyk, Sergey Vlasov, Iryna Plaksiienko, Larisa Kolesnikova, Volodymyr Kalinichenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.